6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.
A3B38SME
6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.
Úkol měření
1. Prostudujte funkci a vlastnosti předložených senzorů (přístrojů) pro měření proudu a změřte jimi
proud tekoucí jednofázovou zátěží. Jedná se o následující principy:
a) (A1) Měření proudu pomocí ručního multimetru s interním bočníkem
b) (A2) Měření proudu pomocí externího bočníku Agilent 34330A a milivoltmetru Agilent
c) (A3) Měření proudu proudovým transformátorem
d) (A4) Měření proudu klešťovým ampérmetrem – wattmetrem
e) (A5) Měření proudu kompenzovaným senzorem proudu na magnetickém principu
f) (A6) Měření proudu pomocí proudových kleští a osciloskopu
Ve všech případech určete a zdůvodněte, jakou hodnotu proudu přístroje měří v případě
harmonického průběhu proudu, neharmonického průběhu proudu a za přítomnosti stejnosměrné
složky.
Ve všech případech určete „vnitřní odpor“ A metru.
Nepovinná část: Z přiložených údajů stanovte chybu, resp. nejistotu měření, zkontrolujte, zda se
toleranční pásma jednotlivých údajů překrývají.
Vysvětlete pojem „Insertion impedance“ používaný u snímačů na magnetickém principu.
2. Pomocí elektronického wattmetru Hioki 3333 Power Hitester změřte příkon 1 fázové zátěže ve 3
fázové síti 3x40/70 V. Zaznamenejte všechny údaje, které můžete tímto wattmetrem změřit.
Osciloskopem Tektronix MSO2000, resp. Agilent DSO3000 současně zobrazte průběh napětí,
proudu a jejich součin - okamžitý výkon p(t). Sledujte vliv fázového posuvu u(t) a i(t) na střední
hodnotu p(t) (činný výkon). POZOR na zapojení společné svorky osciloskopu!
3. Ověřte funkci třífázového elektronického elektroměru a porovnejte údaje elektroměru s údaji
naměřenými ostatními měřicími přístroji.
Nepovinná část: Při srovnání údajů elektroměru a wattmetru, zvažte, jak jsou jejich údaje
ovlivněny spotřebou jednotlivých měřičů proudu, resp. wattmetru.
Schéma zapojení
Obr. 1 Zapojení pro měření proudu a výkonu 1 fázové zátěže v 3 fázové síti a ověření funkce
3 fázového elektronického elektroměru
Str. 1/4
6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.
A3B38SME
Základní informace o použitých senzorech proudu (ampérmetrech)
Ad 1a) Ruční multimetr s interním bočníkem (platí i pro levné stolní multimetry): Přístroje
mívají „miliampérové“ rozsahy jištěné tavnou pojistkou. Pro přepínání rozsahů je požit
Ayrtonův bočník. Rozsah 10 A (někdy až 20 A) někdy nebývá jištěn pojistkou a má zpravidla
speciální vstupní svorku, svorka je připojena přímo k bočníku, měřený proud není veden přes
přepínač rozsahů.
Pozor: Kmitočtové rozsahy těchto přístrojů jsou zejména při měření proudů velmi omezené
(max. stovky Hz), výrobci ani kmitočtové rozsahy pro měření proudu zpravidla neuvádějí.
Příloha: Přehled parametrů použitého multimetru
Ad 1b) Externí bočník a milivoltmetr. Externí bočníky se používají až do proudů stovek A.
zpravidla se vyrábějí s odporem odpovídajícím úbytku 50 mV (100 mV) pro maximální proud.
Pro 100A/100mV je již výkonová ztráta 10W, tomu musí odpovídat konstrukce a velikost
bočníku. Velmi odlišné jsou konstrukce bočníku pro měření DC a AC proudů. Pro DC proudy
nejsou problémy s indukčností bočníku a rozptylovým magnetickým polem přívodů. Bočníky se
zapojují zásadně čtyřsvorkově. Pro AC průběhy musí být výše uvedené problémy řešeny
speciální konstrukcí bočníku. Použitý bočník 34330A 1mV/1A fimy Agilent je určen pro
multimetry Agilent a je zasunut přímo do zdířek pro měření napětí. V rozsahu DC – 1kHz
garantuje maximální chybu 0,3%, v rozsahu 1kHz – 5kHz chybu 5%. Pro vyšší kmitočty (od
desitek kHz) se zpravidla používají tzv. koaxiální bočníky.
Mimořádnou pozornost je třeba věnovat bočníkům v případě jejich použití v proudových
obvodech wattmetrů. Tady hraje roli i fázová chyba, pro vyšší kmitočty se používají proto
převážně koaxiální bočníky. ¨
Kromě vyšší výkonové ztráty je hlavní nevýhodou odporových bočníků galvanické spojení
měřeného a vyhodnocovacího obvodu.
Ad 1c) Měření proudu proudovým transformátorem: Měřicí transformátory proudu (MTP) se
používají hlavně pro měření velkých proudů (až tisíce A). Proudy se transformují v převráceném
poměru počtu závitů. Správná funkce je podmíněna režimem činnosti blízkým stavu nakrátko.
Proud sekundárním vinutím kompenzuje v jádru transformátoru magnetické napětí primárního
vinutí, tok jádrem je malý, jádro je minimálně syceno a ztráty v něm jsou zanedbatelné.
Transformátor má minimální amplitudovou i fázovou chybu. Chyby jsou tím menší čím vyšší je
permeabilita jádra. Pokud se zvětšuje impedance zátěže (MTP se „odlehčuje“), musí
transformátor indukovat na sekundáru vyšší napětí, to je spojeno s růstem toku v jádře, růstem
ztrát v jádře a růstem chyb.
Pozor.: u MTP se nesmí rozpojit sekundár, Jádro se přesytí a indukují se nebezpečné napěťové
špičky.
Pozor.: MTP nelze použít pro proudy se stejnosměrnou složkou. Transformátor DC složku
nepřenese, zejména vysokopermeabilitní jádro se DC složkou rychle přesytí a chyby dramaticky
rostou.
Velkou výhodou MTP je galvanické oddělení měřeného proudu od dalších obvodů. Proto se
MTP často používá i pro malé proudy. Významnou oblastí aplikace MTP jsou vstupní proudové
obvody elektroměrů. Tady se přestaly používat přesné transformátory s vysokopermeabilitním
jádrem, protože DC složka v odebíraném produ (připojení topidla přes diodu) způsobuje velkou
Str. 2/4
6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.
A3B38SME
zápornou chybu transformátoru a tím nesprávné účtování odebrané energir. Dnes se
v elektroměrech používají výhradně tzv. DCtolerantní MTP, které mají nižší permeabilitu jádra a
snadno se nepřesytí. Vyšší fázová chyba se kompenzuje obvodově nebo softwarově.
Poznámka: Velmi zajímavá je skutečnost, že i když transformátor odstraní DC složku
jednocestně usměrněného průběhu, výsledný činný výkon je měřen správně. Příslušné teorie
přesahují náplň této úlohy.
V úloze použitý MTP je použit DCtolerantní MTP T60404-E4624-X131 vyrobený firmou
Vacuumschmelze, určený do elektroměrů. Je to 1 průvlekový transformátor s převodem 1 : 2500,
maximální měřený proud 60 A, zatěžovací odpor 10 Ω (předepsaná hodnota je 12,5 Ω, použití
menšího odporu chybu spíše sníží). DC tolerance (chyba menší než 3%) je zaručena do
amplitudy jednocestně usměrněného proudu 60 A. Transformátor s dalšími obvody zajišťuje
dostatečnou citlivost elektroměru již pro proud 10 mA (registrace spotřeby přístrojů v stand-by
režimu).
Příloha: Katalogový list MTP
Ad 1d) Klešťový ampérmetr – wattmetr PK 430.1
Pozor, účiník měří přístroj až od proudu 40 A, pro námi měřený proud účiník změřit nelze.
Příloha: Technické parametry PK 430.1 Metra Blansko
Ad 1e) Proudový kompenzovaný senzor proudu na magnetickém principu
Snímač Honeywell CSNE 151, 5 oddělených primárních závitů, podle použitého počtu závitů n
odpovídá rozsah měřeného proudu 5 až 25 A a kompenzační proud hodnotě I*n/1000.
Kompenzační proud se snímá na rezistoru R = 100 Ω.
Poznámka: V praxi se používá sériové, sérioparalelní nebo paralelní zapojení závitů. V úloze lze
ověřit konstanty převodníku pouze sériovým zapojením 1 až 5 závitů, neboť proud nepřekračuje
hodnotu 5A.
Příloha: Katalogové listy snímačů s vysvětlením funkce kompenzovaných i nekompenzovaných
snímačů.
Ad 1f) Měření proudu pomocí proudových kleští a osciloskopu
AC/DC kleště Agilent 1146A, citlivost 10mV/A nebo 100mV/A, DC – 100 kHzPříloha: Katalogový list přístroje.
Str. 3/4
6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.
A3B38SME
Demonstrace funkce třífázového statického elektroměru EMU 30, výrobce ZPA cz
Trutnov
Podle obr. 1 je součástí měřicího obvodu třífázový elektronický (tzv. statický) elektroměr. Tento
elektroměr dovoluje měření celé řady parametrů, pro běžné odběratele je zpravidla naprogramován
tak, že po 10 s rotují údaje činné energie spotřebované v jednotlivých (celkem 4) tarifech.
Elektroměry EMU 30 pro tuto úlohu zdarma poskytla firma ZPA cz Trutnov (www.zpa.cz). Přístroj
je upraven pro síť 3x120/70V, 5A.
Poznámka: Elektroměry s proudovým rozsahem 5A se nazývají „nepřímé“ a používají se ve spojení
s měřícími transformátory proudu (MTP) X/5A, kde X je primární rozsah předřazeného MTP, často
i několik set, nebo tisíc A.
Tento elektroměr je naprogramován tak, že po zapnutí ukazují celkovou energii odebranou ve všech
fázích (kWh), vždy po stisknutí tlačítka se postupně zobrazují následující údaje:


























celková jalová energie (kVArh),
celková zdánlivá energie (kVAh),
okamžitý činný výkon ve všech fázích (1,2,3) (kW),
okamžitý činný výkon ve fázi 1 (kW),
okamžitý činný výkon ve fázi 2 (kW),
okamžitý činný výkon ve fázi 3 (kW),
okamžitý jalový výkon ve všech fázích (1,2,3) (kVAr),
okamžitý jalový výkon ve fázi 1 (kVAr),
okamžitý jalový výkon ve fázi 2 (kVAr),
okamžitý jalový výkon ve fázi 3 (kVAr),
okamžitý zdánlivý výkon ve všech fázích (1,2,3) (kVA),
okamžitý zdánlivý výkon ve fázi 1 (kVA),
okamžitý zdánlivý výkon ve fázi 2 (kVA),
okamžitý zdánlivý výkon ve fázi 3 (kVA),
fázové napětí 1. fáze (V),
fázové napětí 2. fáze (V),
fázové napětí 3. fáze (V),
sdružené napětí 1-2 (V),
sdružené napětí 2-3 (V),
sdružené napětí 1-3 (V),
proud ve fázi 1 (A),
proud ve fázi 2 (A),
proud ve fázi 3 (A),
cos  ve fázi 1,
cos  ve fázi 2,
cos  ve fázi 3.
Str. 4/4
Download

6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.